Теорема Коши для односвязной области.





Если D - односвязная ограниченная область, w = f( z) - аналитическая в этой области функция, то для любого кусочно-гладкого замкнутого контура L, лежащего в D, интеграл от f( z) по L равен нулю: .

Доказательство. Удивительно, но эта важнейшая теорема непосредственно и просто следует из условий Коши-Римана и формулы Грина. Так как, по доказанному выше, , то, применяя к действительным криволинейным интегралам формулу Грина, получим вследствие условий Коши-Римана . Символом G в доказательстве обозначена область, заключённая внутри контура L.

Следствие. Для всех кусочно-гладких кривых, лежащих внутри области D, в которой аналитична функция w = f(z), и имеющих общие начальную и конечную точки, интеграл имеет одинаковое значение.

Доказательство: Объединение кривых - замкнутый контур, поэтому .

 

 

7. Теорема Коши для многосвязной области. Если функция w = f( z) аналитична в замкнутой многосвязной ограниченной области , ограниченной контурами L0 (внешняя граница), L1, L2, …, Lk, то интеграл от f( z), взятый по полной границе области , проходимой так, что область остаётся с одной стороны, равен нулю.

ДоказательствоРассмотрим случай, когда граница области (на рисунке область заштрихована) состоит из внешнего контура L0 и внутренних контуров L1 и L2. Соединим контур L0разрезом FM с контуром L1, разрезом BG - с контуром L2. Область с границей односвязна, поэтому для неё справедлива интегральная теорема Коши:

. Интегралы по каждому из разрезов входят в этот общий интеграл дважды в противоположных направлениях и, как следствие, взаимно уничтожаются, поэтому остаются только интегралы по контурам, проходимым так, что область остаётся с одной стороны.

Буквами без верхнего индекса будем обозначать контуры, проходимые против часовой стрелки, с верхним минусом - по часовой. Мы доказали, что . Таким образом, интеграл по внешнему контуру равен сумме интегралов по внутренним контурам, при этом все контуры обходятся в одном направлении.

 

 

8. Интегральная формула Коши. Пусть w =f(z) аналитична в области D и L - замкнутая кусочно-гладкая кривая, содержащаяся в D вместе с областью D1, которую она ограничивает. Тогда для каждой точки имеет место формула

.

Доказательство. Заметим, что в этой формуле функция в точке z0 портится как раз введением множителя . Окружим точку z0 окружностью радиуса столь малого, что на f(z) мало отличается от f(z0): , тогда . Более строго, возьмём столь малым, что окружность радиуса с центром в f(z) лежит в D1. Функция w = f( z) аналитична в двусвязной области, заключенной между L и , поэтому (следствие из Теоремы Коши для многосвязной области) . Распишем последний интеграл: . Второй интеграл здесь равен . Первый интеграл а) не зависит от ( действительно, подынтегральная функция аналитична в области между и , где - окружность радиуса , и по тому же следствию из Теоремы Коши для многосвязной области ; б). Из этих утверждений а) и б) следует, что первый интеграл .

Докажем утверждение б). Обозначим , при этом, вследствие непрерывности функции, . Оценим по модулю (учитывая, что ): . Утверждение доказано. Доказана и интегральная формула Коши: .

 

9. Бесконечная дифференцируемость аналитической функции. Запишем интегральную формулу Коши в переменных z, t: . Продифференцируем эту формулу по z: . Продолжим дифференцирование: ; , и вообще . Следовательно:

Если функция f(z) имеет в каждой точке области D производную первого порядка ( т.е. аналитична в области D), то она имеет в этой области производную любого порядка (т.е. любая производная функции f(z) аналитична в области D).

10. Ряд Тейлора.Пусть функция w = f(z) аналитична в области D, . Обозначим L окружность с центром в z0, принадлежащую области D вместе с ограниченным ею кругом. Тогда для любой точки z, лежащей внутри L, . Представим множитель в виде суммы сходящейся геометрической прогрессии: (так как

|zz0| < |tz0| , то ) , и ряд сходится абсолютно, поэтому его можно почленно интегрировать: , так как . Итак,

.

Ряд в правой части этого равенства - ряд Тейлора функции f(z). Этот ряд абсолютно сходится внутри контура L, а в качестве L можно взять любую окружность, которая не выходит за пределы области D.

11. Ряд Лорана. Пусть функция f(z) аналитична в кольце . Тогда для любой точки этого кольца ; при этом окружности проходятся так, что область остаётся слева. Изменим в интеграле по внутренней окружности направление обхода на противоположное: . Интеграл по внешней окружности преобразуем так, как и при выводе формулы Тейлора: (так как |zz0| < |tz0| , то ) , и ряд сходится абсолютно, поэтому его можно почленно интегрировать:

, где . Интеграл по внутренней окружности преобразуем аналогично, учитывая только, что на

|tz0| < |zz0| : . И здесь ряд сходится абсолютно, поэтому его можно почленно интегрировать:

, где . Переобозначим , тогда форма коэффициентов ряда для совпадёт с формой коэффициентов ряда для LR: поэтому окончательно для интеграла по получим . Докажем, что и контур для вычисления коэффициентов может быть взят один и тот же. Действительно, пусть - кусочно-гладкий контур, расположенный в кольце , и точка расположена внутри этого контура. По теореме Коши для многосвязной области ; , поэтому для любого n , и

.

Этот ряд (содержащий и положительные, и отрицательные степени zz0), называется рядом Лорана функции f(z). Его часть, содержащая неотрицательные степени ( ), называется правильной; часть, содержащая отрицательные степени ( ), называется главной. Правильная часть, по самому своему построению, сходится в круге |zz0| <R, главная - во внешности круга , поэтому весь ряд сходится в пересечении этих областей, т.е. в кольце . Так же, как и для ряда Тейлора, разложение в ряд Лорана единственно

 

 





Читайте также:
Перечень актов освидетельствования скрытых работ и ответственных конструкций по видам работ: При освидетельствовании подготовительных работ оформляются следующие акты...
Примеры решений задач по астрономии: Фокусное расстояние объектива телескопа составляет 900 мм, а фокусное ...
Задачи и функции аптечной организации: Аптеки классифицируют на обслуживающие население; они могут быть...
Основные факторы риска неинфекционных заболеваний: Основные факторы риска неинфекционных заболеваний, увеличивающие вероятность...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.013 с.